膨胀充填材料的试验研究

摘要

随着浅部资源的不断消耗，开采深部资源是未来采矿的必然趋势，充填采矿法因其具有控制地压、降低贫化损失等显著优点适合深部开采。针对现有充填材料存在的问题，研究新型膨胀充填材料对解决目前充填工作所存在的问题具有重要的现实意义。将轻质泡沫砂浆作为一种注浆材料用于注浆充填工程目前研究较少，而将膨胀材料静态破碎剂引入到充填料浆中的研究目前还未见相关研究。文章通过大量配比试验，配置出了稳定、轻质、减震性能优良可用于充填的新型膨胀充填材料。本论文的主要研究内容如下：
　　(1)通过对现有充填工艺的研究和分析，指出了现有胶结充填材料存在的问题。
　　(2)对现场尾砂进行了含水率测定、化学成分分析、粒径分析等实验，调研清楚了红透山铜矿尾砂的物理、化学性质。
　　(3)对不同配比的普通充填体、泡沫充填体、SCA充填体分别进行了室内单轴抗压实验，揭示了膨胀剂添加量、料浆浓度、灰砂比、养护龄期等单因素对充填体强度的影响规律。
　　(4)通过极差、方差分析的数学方法对不同养护龄期内充填体强度影响因素及影响程度进行了探索研究。
　　(5)对普通充填材料的沉降率、膨胀充填材料的膨胀率进行了试验测定，获得了不同配比充填体的沉降率、膨胀率;揭示了膨胀剂添加量、料浆浓度、灰砂比等单因素对沉降率、膨胀率的影响规律。
　　(6)对不同配比泡沫充填材料的声波传播速度进行了试验，分析了发泡剂添加量、料浆浓度、灰砂比、养护龄期等因素对声波传播速度的影响，同时结合波阻抗原理，对不同配比泡沫充填体的减震性能进行了理论研究。
　　通过以上研究，结合矿山生产实际，本文制备出了膨胀性能优良、强度较好、减震效果明显的膨胀充填材料，膨胀充填材料能较好的解决矿山充填所面临的问题，同时，膨胀材料的研究也为矿山充填材料的研究工作开拓了一个新的领域。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 矿山充填技术发展概述

1．2．2 充填材料研究现状

1．3 充填材料存在的问题

1．4 研究内容

第2章 膨胀剂的膨胀原理研究

2．1 膨胀剂发展概述

2．2 膨胀剂的组成及分类

2．2．1 硫铝酸钙类膨胀剂

2．2．2 氧化钙类膨胀剂

2．2．3 硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂

2．2．4 发泡剂类膨胀剂

2．3 膨胀剂的膨胀机理

2．3．1 钙矾石的膨胀机理

2．3．2 氧化钙的膨胀机理

2．3．3 氧化镁的膨胀机理

2．3．4 发泡剂的膨胀机理

2．4 影响膨胀剂膨胀效能的因素

2．4．1 与膨胀剂自身有关的影响因素

2．4．2 与充填材料有关的影响因素

2．4．3 与外在条件有关的因素

2．5 本章小结

第3章 试验材料及试样制备

3．1 试验材料概述

3．1．1 发泡剂

3．1．2 稳泡剂

3．1．3 静态破碎剂

3．1．4 无机胶凝材料

3．1．5 现场尾砂

3．1．6 试验用水

3．2 充填试样制备

3．2．1 充填材料的试验原则

3．2．2 充填材料的试验方案设计

3．2．3 充填试样制备

3．3 本章小结

第4章 抗压强度试验及试验数据分析

4．1 充填体强度设计理论

4．2 单轴抗压强度试验

4．2．1 试验内容

4．2．2 试验目的

4．2．3 试验流程

4．3 泡沫充填材料单轴抗压强度试验数据分析

4．3．1 泡沫充填体单轴抗压强度表图分析

4．3．2 泡沫充填体单轴抗压强度极差分析

4．3．3 泡沫充填体单轴抗压强度方差分析

4．4 SCA充填材料单轴抗压强度试验数据分析

4．4．1 SCA充填体单轴抗压强度表图分析

4．3．2 SCA充填体单轴抗压强度极差分析

4．3．3 SCA充填体单轴抗压强度方差分析

4．4 膨胀充填材料抗压强度进化神经网络模型

4．4．1 神经网络概述

4．4．2 预测模型的输入参数与输出参数的确定

4．4．3 充填体抗压强度网络模型的建立及训练

4．4．4 预测结果分析

4．5 本章小结

第5章 充填材料膨胀性能研究

5．1 普通充填体沉降率测定试验

5．1．1 试验目的

5．1．2 试验方案

5．1．3 试验结果分析

5．2 泡沫充填材料膨胀性能研究

5．2．1 试验方案

5．2．2 泡沫充填体膨胀率测量

5．2．3 试验结果分析

5．3 静态破碎剂充填材料膨胀性能研究

5．3．1 试验方案

5．3．2 SCA充填体膨胀率测定

5．3．3 试验结果分析

5．4 充填材料及配合比的优化

5．4．1 分层充填材料配比优化

5．4．2 嗣后充填材料配比优化

5．4．3 两类充填材料充填建议

5．5 本章小结

第6章 泡沫充填材料减震性能研究

6．1 爆破地震对地下采矿影响分析

6．2 爆破震动机理及其影响分析

6．2．1 爆破地震波产生的机理

6．2．2 爆破震动波的分类

6．2．3 波在界面处的折、反射

6．3 爆破震动波特征

6．4 泡沫充填材料减震性能研究

6．4．1 泡沫充填材料减震原理

6．4．2 泡沫充填材料减震试验方法

6．4．3 不同条件下充填试样声波传播速度测试及分析

6．4．4 泡沫充填材料减震性能理论研究

6．5 本章小结

第7章 结论及展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介

附录